專利名稱：設(shè)有聚光性微型透鏡的固體拍攝裝置及采用其的相機裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體拍攝裝置及采用其的相機裝置。更具體地涉及采用CCD(Charge-Coupled Device，電荷耦合器件)型或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補型金屬氧化物半導體)型的圖像傳感器構(gòu)成的、搭載在便攜式電話機等上的小型相機。
背景技術(shù)：
以往，例如在搭載在便攜式電話機上的小型相機中，廣泛使用CCD型或CMOS型的圖像傳感器(固體拍攝裝置)。這些圖像傳感器具備多個光電二極管，在各個光電二極管的光入射面?zhèn)?，一般，為提高在圖像區(qū)域的光檢測效率，設(shè)置具有聚光性的微型透鏡。
通常，從相機透鏡(拍攝光學系統(tǒng))射出的、入射在各光電二極管的光的角度，為在圖像區(qū)域的中心部和周邊部不同的角度。因此，在按相同的排列間距配置微型透鏡和光電二極管的時候，即，以微型透鏡和光電二極管的位置分別一致的方式配置兩者的情況下，與在圖像區(qū)域的中心部的感光靈敏度(光檢測效率)相比，周邊部(在是面?zhèn)鞲衅鞯那闆r下，尤其在四角)的感光靈敏度降低。這是因為，作為相機透鏡，主要使用大致按在將主光線的從光學系統(tǒng)最終面的射出角設(shè)定為θ、將像高設(shè)定為z、將射出光瞳位置設(shè)定為e時的、z/p＝tanθ＝θ的關(guān)系，具有射出光瞳位置e幾乎與像高z無關(guān)的按照所謂近軸光線近似的透鏡特性的透鏡。其中，上述p，為光電二極管的排列間距。
因此，在使用具有按照近軸光線近似的透鏡特性的相機透鏡時，使微型透鏡的排列間距一致小于光電二極管的排列間距，以隨著像高增大(隨著從圖像區(qū)域的中心部遠離到周邊部)，微型透鏡與光電二極管的位置的偏移增大的方式，配置各微型透鏡。即，對圖像區(qū)域的周邊部的光電二極管傾斜地入射光。因此，從圖像區(qū)域的中心部到周邊部，使相對光電二極管的位置的微型透鏡的位置，向中心部方向一點一點地偏置。由此，能夠改進在周邊部的光電二極管的聚光效率。從而，能夠修正在圖像區(qū)域的周邊部的黑斑，結(jié)果，能夠在圖像區(qū)域的大致整個區(qū)域，確保相同程度的感光靈敏度。
另外，在近年的小型相機中，隨著相機透鏡的小型化及薄型化，多使用透鏡特性不按照近軸光線近似的相機透鏡(例如，塑料透鏡)。例如，在使用隨著像高增大，暫時增加主光線出射角，然后減小主光線出射角這樣的透鏡特性顯著偏離近軸光線近似的相機透鏡的時候，在以隨著遠離圖像區(qū)域的中心部，微型透鏡與光電二極管的位置的偏移增大的方式配置的情況下，相反，降低在圖像區(qū)域的周邊部的感光靈敏度。
在使用如此的主光線的從光學系統(tǒng)最終面的出射角不隨著從光軸的像高的增加一致單調(diào)增加的拍攝光學系統(tǒng)時，在從圖像區(qū)域的中心部到周邊部的預定位置的至少一部中，減小固體拍攝裝置的微型透鏡的排列間距，在超過預定位置的周邊部的至少一部中，與預定位置的排列間距相比增大微型透鏡的排列間距。由此，提出了能夠進行在圖像區(qū)域的周邊部的黑斑的修正的方案(例如，參照特開2004-228645)。
但是，該方案，是以在從圖像區(qū)域的中心部到周邊部的預定位置的至少一部中減小排列間距的方式配置多個微型透鏡的方案。因此，在使用主光線的從光學系統(tǒng)最終面的出射角以從光軸增加到某像高，如果超過該像高就減少的方式變化的拍攝光學系統(tǒng)的時候，難進行適當?shù)暮诎叩男拚?br> 總之，即使在采用主光線的從光學系統(tǒng)最終面的出射角以從光軸增加到某像高，如果超過某像高就減少的方式變化的拍攝光學系統(tǒng)的時候，也在像高接近“零”的區(qū)域，近軸光線近似大致成立，通過使微型透鏡的排列間距一致小于光電二極管的排列間距，能夠確保聚光效率。相反，在像高從“零”到達到中間的區(qū)域的至少一部分區(qū)域上，與以減小的方式配置微型透鏡的排列間距相反，感光靈敏度下降，結(jié)果，出現(xiàn)難在整個圖像區(qū)域確保聚光效率的問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第1方面，提供一種固體拍攝裝置，具備(與技術(shù)方案1對應(yīng))多個受光部，二維地配置在半導體襯底上，入射來自拍攝光學系統(tǒng)的出射光，和多個聚光用透鏡，分別配置在所述多個受光部的上部；其中，所述多個聚光用透鏡或所述多個受光部中的至少任何一方，在所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域間距小，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域間距大。
根據(jù)本發(fā)明的第2方面，提供一種相機裝置，具備(與技術(shù)方案9對應(yīng))固體拍攝裝置，具有二維地配置在半導體襯底上的多個受光部及分別配置在所述多個受光部的上部的多個聚光用透鏡，和拍攝光學系統(tǒng)，分別通過所述多個聚光用透鏡，出射入射到所述多個受光部的光；其中，所述多個聚光用透鏡或所述多個受光部中的至少任何一方，在所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域間距小，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域間距大。


圖1A和圖1B是表示根據(jù)本發(fā)明的第1實施方式的CMOS型圖像傳感器的構(gòu)成例的圖示。
圖2是表示圖1A和圖1B所示的圖像傳感器和相機透鏡的關(guān)系的圖示。
圖3是用于說明相機透鏡的透鏡特性(主光線入射角-像高)的圖示。
圖4是用于說明使微型透鏡的定標(scaling)量最佳化的方法的圖示。
圖5A和圖5B是表示按最佳化的方法計算最佳的微型透鏡排列間距和微型透鏡相對光電二極管的偏移量的結(jié)果的圖示。
圖6A和圖6B是與以往技術(shù)(以往例1)對比地表示圖5A和圖5B所示的、按最佳化的方法計算出的結(jié)果的圖示。
圖7A和圖7B是與以往技術(shù)(以往例2)對比地表示圖5A和圖5B所示的、按最佳化的方法計算出的結(jié)果的圖示。
圖8是表示用于靈敏度計算的圖像傳感器的構(gòu)成例的剖面圖。
圖9是與以往技術(shù)(以往例1及2)對比地表示靈敏度計算的結(jié)果的圖示。
圖10A和圖10B是說明根據(jù)本發(fā)明的第2實施方式的相機透鏡的透鏡特性(主光線入射角-像高)、和作為拍攝光學系統(tǒng)采用該相機透鏡時的光電二極管和微型透鏡的排列間距的關(guān)系的圖示。
圖11是表示根據(jù)其它實施方式的CMOS型圖像傳感器構(gòu)成例的剖面圖。
圖12是表示根據(jù)另一其它實施方式的CMOS型圖像傳感器構(gòu)成例的剖面圖。
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實施方式。但是，應(yīng)注意圖示是模式的說明，尺寸的比率等與現(xiàn)實的比率等不同。此外，即使在附圖的相互間，當然也包括相互的尺寸的關(guān)系或比率不同的部分。
圖1A和圖1B是表示根據(jù)本發(fā)明的第1實施方式的CMOS型的圖像傳感器(固體拍攝裝置)10的基本構(gòu)成的圖示。另外，圖1A是設(shè)在圖像傳感器上的圖像區(qū)域的俯視圖，圖1B是沿著圖1A的IB-IB線的剖面圖。此處，以用于搭載在便攜式電話機等上的小型相機的CMOS型的面?zhèn)鞲衅鳛槔?，說明在使用透鏡特性顯著偏移近軸光線近似的相機透鏡(拍攝光學系統(tǒng))時，通過根據(jù)圖像區(qū)域內(nèi)的像素的位置改變微型透鏡(聚光用透鏡)的定標量(以下，稱為排列間距)，無論在圖像區(qū)域的哪個區(qū)域，都能夠有效率地向光電二極管(受光部)入射從相機透鏡的最終面所射出的光，尤其，通過防止圖像區(qū)域的周邊部和中心部的中間區(qū)域上的感光靈敏度的降低，來謀求黑斑特性的改進(降低)時的情況。
如圖1A和圖1B所示，在半導體襯底11的表面部上形成圖像區(qū)域11a。在上述圖像區(qū)域11a上，二維狀配置多個光電二極管13。在本實施方式時，分別具有同一排列間距P(P12＝P23＝P34＝P45)地，相互配置上述多個光電二極管13。
在上述半導體襯底11的表面部上，設(shè)置具有均勻厚度的透光膜15。在該透光膜15內(nèi)，設(shè)置用于限制光向上述各光電二極管13入射的遮光膜17。在遮光膜17上，與上述光電二極管13的各自位置對應(yīng)地形成開口部17a。即，上述光電二極管13的各自位置和上述遮光膜17的各開口部17a的位置大致一致。
另外，在上述透光膜15的表面部上，與各個光電二極管13對應(yīng)地，設(shè)置聚光性的微型透鏡19。在本實施方式時，上述微型透鏡19的排列間距L在圖像區(qū)域11a內(nèi)不一樣，例如，以在圖像區(qū)域11a的中心部排列間距L小于上述光電二極管13的排列間距P，在周邊部排列間距L大于上述光電二極管13的排列間距P的方式設(shè)定(L12＝L45＞L23＝L34，并且，L12＝L45＞P12＝P23＝P34＝P45＞L23＝L34)。
圖2是表示上述構(gòu)成的CMOS型的圖像傳感器10和相機透鏡21的關(guān)系的圖示。即，從相機透鏡21的最終面射出的光，按照對應(yīng)于像素的位置的主光線入射角，分別入射到圖像傳感器10上的光電二極管13，在此，具有與主光線入射角對應(yīng)的像高地被成像(受光)。
此處，所謂“主光線”，說的是成像在某點的光束的中心的光線，所謂“像高”，指的是在成像面上的距光軸的距離。另外，在本實施方式中，將射出光瞳位置的定義規(guī)定為以下。即，在像高z的位置上，在主光線入射角是θ時，按tanθ＝z/e(z)的式定義像高z的射出光瞳位置e(z)。
圖3是表示上述相機透鏡21的透鏡特性(主光線入射角和像高的關(guān)系)的圖示。相機透鏡21，例如，在由塑料透鏡構(gòu)成時，因小型化和薄型化，隨著像高的增加，慢慢增大射出角(相當于對圖像傳感器的入射角)。此外，該相機透鏡21的射出角，例如，以從光軸到某像高(在本實施方式時，為3.5mm附近)相同地增大，如果超過該像高，就從此緩慢減小的方式變化。
如此，相機透鏡21，其透鏡特性顯著偏離以往的近軸光線近似(圖3中用虛線表示)，在作為拍攝光學系統(tǒng)采用不按照如此的近軸光線近似的相機透鏡21的情況下，例如如圖1B所示，在圖像區(qū)域11a的周邊部及中心部的附近，相對于微型透鏡19的主光線入射角接近“零”。與此相對，在周邊部和中心部的中間的區(qū)域，相對于微型透鏡19的主光線入射角一致單調(diào)增加。
因此，通過在圖像區(qū)域11a的周邊部，以微型透鏡19的排列間距L大于光電二極管13的排列間距P的方式設(shè)定，能夠以與光電二極管13的位置大致一致的方式配置微型透鏡19。所以，即使在與具有圖3中用實線所示的透鏡特性的相機透鏡21組合時，也不在圖像區(qū)域11a的周邊部(在是圖像傳感器時，尤其在四角)，發(fā)生來自相機透鏡21的射出光被遮光膜17遮住的現(xiàn)象，能夠確保足夠的感光靈敏度(光檢測效率)。
另外，在圖像區(qū)域11a的中心部和周邊部的中間的區(qū)域，通過以微型透鏡19的排列間距L小于光電二極管13的排列間距P的方式設(shè)定，能夠在光電二極管13的內(nèi)側(cè)(靠近中心部)配置微型透鏡19。所以，即使在與具有圖3中用實線所示的透鏡特性的相機透鏡21組合的時候，在圖像區(qū)域11a的中心部和周邊部的中間的區(qū)域，來自相機透鏡21的射出光也不會被遮光膜17遮住，能夠高效率地受光來自相機透鏡21的射出光。
即，通過使微型透鏡19的排列間距L在圖像區(qū)域11a內(nèi)不一樣，在中心部(射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域)，排列間距L小于光電二極管13的排列間距P，在周邊部(射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域)，排列間距L大于光電二極管13的排列間距P的方式配置，能夠提高圖像區(qū)域11a的在所有光電二極管13的感光靈敏度。
以下，更詳細地說明，在使用具有圖3中用實線所示的透鏡特性的相機透鏡21時的、相對于光電二極管13使微型透鏡19的排列間距最佳化的方法。
圖4是說明使微型透鏡的排列間距最佳化的方法的圖示。此處，以對于位于從圖像區(qū)域(或相機透鏡)的中心部離開的位置上的像素，將光電二極管和微型透鏡的位置關(guān)系最佳化的情況為例，進行說明。
例如，如圖4所示，假設(shè)從相機透鏡21以射出角θ1射出的光，入射到折射率n2的微型透鏡(入射角θ2)19，根據(jù)斯內(nèi)爾定律，下述式(1)成立。其中，n1是空氣的折射率。
n1sinθ1=n2sinθ2]]>θ2=sin-1(n1sinθ1n2)···(1)]]>此外，從下述式(2)可以求出微型透鏡19與光電二極管13的偏移量x。
x=htanθ2]]>=htan(sin-1(n1sinθ1n2))···(2)]]>從以上得知，如果從光電二極管13按下述式(3)所示的量移動微型透鏡19地對其配置，則通過微型透鏡19的中心部的光線能夠入射到光電二極管13的正好中心部，原理上能夠防止靈敏度的降低。
htan(sin-1(n1sinθ1n2))···(3)]]>即，如果將x(n)作為從圖像區(qū)域11a的中心部起第n個像素中的微型透鏡19對光電二極管13的移動量(此處，以光電二極管13為基準，如果是向中心部方向的偏移，就將符號預定為“正”，如果相反，就預定為“負”)，則滿足下述式(4)地進行布局設(shè)計，在光學設(shè)計上最佳。
x(n)=htan(sin-1(n1sinθ1(pn)n2))···(4)]]>此處，“p”是光電二極管13的排列間距(像素間距)，像高(z)具有z＝np的關(guān)系。
接著，求出像素間距。首先，由下述式(5)求出從圖形區(qū)域11a的中心部起的第n個像素中的微型透鏡19的排列間距的值Pm(n)。
pm(n)=p-(x(n+1)-x(n))≈p-∂x(n)∂n···(5)]]>在該式(5)中，代入按上述式(4)最佳化了的x(n)的式，微型透鏡19的排列間距的值Pm(n)，為下述式(6)。
pm(n)=p-∂x(n)∂n]]>=p-hsec2(sin-1(n1sinθ1(np)n2))]]>11-(n1sinθ1(z)n2)2n1n2cosθ1(np)∂θ1(np)∂n···(6)]]>
由此得知，按照該式(6)對從圖形區(qū)域11a的中心部起的第n個像素的微型透鏡19進行布局設(shè)計，在光學設(shè)計上最佳。
為了了解微型透鏡19的排列間距的值Pm(n)的性質(zhì)，如果用“n”對上述式(6)進行微分，則得出下述式(7)。
pm(n)∂n=]]>∂∂n(-hn1n2sec2(sin-1(n1sinθ1(np)n2))11-(n1sinθ1(np)n2)2cosθ1(np)∂θ1(np)∂n)]]>=2hn1n2sec3(sin-1(n1sinθ1(np)n2))]]>n1sinθ1(np)n211-(n1sinθ1(np)n2)2cosθ1(np)∂θ1(np)∂n]]>+h2n1n2sec2(sin-1(n1sinθ1(np)n2))(1-(n1sinθ1(np)n2)2)-32cosθ1(np)∂θ1(np)∂n]]>+h2n1n2sec2(sin-1(n1sinθ1(np)n2))11-(n1sinθ1(np)n2)2sinθ1(np)∂θ1(np)∂n]]>-hn1n2sec2(sin-1(n1sinθ1(np)n2))11-(n1sinθ1(np)n2)2cosθ1(np)∂2θ1(np)∂n2···(7)]]>如果著眼于像高為“0”mm附近，上述式(7)可近似于下述式(8)。
θ1(np)≅0,sinθ1(np)≅0,cosθ1(np)≅secθ1(np)≅1···(8)]]>因此，可以用下述式(9)表示上述式(7)。
pm(n)∂n=-hn1n2∂2θ1(np)∂n2···(9)]]>此處，在是下述式(10)成立的相機透鏡的時候，在像高為“0”mm附近，微型透鏡19的排列間距的值Pm(n)是單調(diào)增加函數(shù)。
∂2θ1(np)∂n2<0···(10)]]>因此，與以往技術(shù)(例如，特開2004-228645)的所謂“減小像高“0”mm附近的微型透鏡的排列間距”的方法相比較，得出，如本實施方式，按上述式進行布局設(shè)計，在原理上是有利的。
在實際的相機透鏡中，上述式(10)大多成立。例如，在相機透鏡的一般的解說書即小倉敏布著“照相透鏡的基礎(chǔ)和發(fā)展朝日有聲雜志1995年”的45頁中，有“在從透鏡的后方看射出光瞳時的光闌的像中，到達膠片的光束，全部，取從該射出光瞳射出的那個方向，聚集在成像點上”的記述。
在采用具有與該解說一致的透鏡特性的相機透鏡(射出光瞳位置，不管像高如何，總為恒定)時的入射角θ1、射出光瞳位置e、像高z的關(guān)系，用下述式(11)表示。
z=etanθ]]>θ=tan-1(ze)=tan-1(npe)···(11)]]>因此，下述式(12)成立。
∂2θ1(np)∂n2=∂∂n∂θ1(np)∂n=pe∂∂n11+(npe)2]]>=pe∂∂n11+(npe)2=-2n(pe)3(11+(npe)2)2···(12)]]>上述式(12)通常取負的值。由此也能得知，本實施方式的最佳化的方法如何有效。
在以上的說明中，在說明的情況中，例示了具體的構(gòu)成，但如果返回到本實施方式的本質(zhì)，最佳化包括以下步驟。
(1)確認規(guī)格(來自相機透鏡21的入射角θ1、透光膜15的厚度(高度)和折射率(n2)等)。
(2)通過光學計算，計算入射光入射到微型透鏡19的位置和該入射光入射到光電二極管13的成像面的位置的偏移量x。
(3)按與在上述(2)所算出的偏移量x相應(yīng)的量移動微型透鏡19的位置。
(4)對在上述(3)所算出的移動量微分，計算微型透鏡19的排列間距的值Pm(n)。
另外，微型透鏡19的排列間距L，不需要嚴格與用上述最佳化的方法得到的值(Pm(n))一致。也可以在考慮到經(jīng)濟性等的同時，在不脫離本實施方式的本質(zhì)的范圍內(nèi)，設(shè)定排列間距L。此時，需要采用所設(shè)定的微型透鏡19的排列間距L的值(Pm(n))，用光學模擬器進行靈敏度計算，確認未發(fā)現(xiàn)靈敏度顯著降低。
尤其，在構(gòu)成復雜化的情況下，例如在透光膜存在多個層，其折射率不同等的情況下，返回到本實施方式的本質(zhì)，實際進行光學計算。然后，優(yōu)選以通過該光學計算所算出的偏移量x為依據(jù)，確定微型透鏡19的排列間距L。
接著，說明具體的微型透鏡的排列間距的設(shè)計方法和靈敏度計算。此處，作為具體的例子，說明在將光電二極管13的排列間距設(shè)定為5μm時，與具有圖3中用實線表示的透鏡特性的相機透鏡21組合的情況。
圖5A和圖5B，是表示按上述最佳化的方法，通過計算而實際地算出最佳的微型透鏡19的排列間距L和微型透鏡19相對于光電二極管(PD)13的偏移量x的結(jié)果(最佳設(shè)計值)的圖示。此處，在圖4所示的構(gòu)成中，以將折射率n1設(shè)定為1.0、將折射率n2設(shè)定為1.5、將高度h設(shè)定為10μm時為例進行說明。另外，圖5A表示像高和微型透鏡19的排列間距L的關(guān)系，圖5B表示像高和微型透鏡19的偏移量x的關(guān)系。
從圖5A也看出，光電二極管13的排列間距P，不管像高如何，都相同(在本實施方式時，為5μm)。相對于此，微型透鏡19的排列間距L，在像高為“0”mm時大約為4.9964μm，與像高相應(yīng)地單調(diào)增加，在像高為“5”mm時，大約為5.005μm。
另外，如圖5B所示，微型透鏡19相對于光電二極管13的偏移量x，在像高為“0”mm時為0μm。該偏移量x，與像高相應(yīng)地增加，在像高為“3.5”mm(如果用％表示像高，則為3.5/5.0即70％)附近，得到最大值(大約1.85μm)。如果像高進一步增大，偏移量x開始減小，最終，即在像高為“5”mm時大約為1.2μm。
在本實施方式時，根據(jù)如此求出的最佳設(shè)計值，形成如圖1A和圖1B所示的構(gòu)成的圖像傳感器10。即，如圖5A中虛線所示，在像高為“0”mm時，即在射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域的情況下，微型透鏡19的排列間距L大約為4.9964μm，為小于光電二極管13的排列間距P的值。此外，在像高為“5”mm時，即在射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域的情況下，微型透鏡19的排列間距L大約為5.005μm，為大于光電二極管13的排列間距P的值。
圖6A和圖6B及圖7A和圖7B，與在像高低時以減小微型透鏡的排列間距的方式設(shè)定，相反，在像高高時以增加的方式設(shè)定的以往的技術(shù)對比地，表示根據(jù)上述本實施方式的最佳的微型透鏡19的排列間距L和微型透鏡19相對于光電二極管13的偏移量x。
即，如圖6A所示，例如在以往例1時，在像高為“0”mm的附近是與本實施方式時的最佳設(shè)計值同等的排列間距，隨著像高增大，其排列間距慢慢減小。在該以往例1時，例如如圖6B所示，微型透鏡與光電二極管的偏移量x，在像高為“0”mm的附近成為接近本實施方式時的最佳設(shè)計值的值，但隨著像高增大而背離，在像高為“3.5”mm附近，為與本實施方式時的最佳設(shè)計值相差大于等于1μm的值。另外，最終，在像高為“5”mm的附近，成為接近本實施方式時的最佳設(shè)計值的值。
另外，如圖7A所示，例如在以往例2時，在像高為“0”mm附近是大于本實施方式時的最佳設(shè)計值的排列間距(大約4.998μm)，隨著像高增大，其排列間距慢慢減小。在該以往例2時，例如如圖7B所示，微型透鏡與光電二極管的偏移量x，在像高為“2”mm附近為比本實施方式時的最佳設(shè)計值小0.4μm左右的值，在像高為“4”mm的附近，相反，為比本實施方式時的最佳設(shè)計值大0.5μm左右的值。另外，最終，在像高為“5”mm的附近，成為接近本實施方式的最佳設(shè)計值的值。
圖8是表示用于靈敏度計算的圖像傳感器10的構(gòu)成例的圖示。在此例時，將像素間距設(shè)定為5μm、將包括透光膜15的微型透鏡19的高度h設(shè)定為10μm、將微型透鏡19的厚度設(shè)定為0.9μm、將遮光膜17的開口部17a的寬度設(shè)定為2μm、將遮光膜17距光電二極管13的高度設(shè)定為0.3μm、將微型透鏡19的折射率θ2設(shè)定為1.5、將空氣的折射率θ1設(shè)定為1.0，計算相對于波長400nm的光的光靈敏度。另外，在光靈敏度的計算中，采用市場上銷售的圖像傳感器用光學模擬器(例如，リンクリサ-チ公司制造)。
圖9是與以往技術(shù)(上述以往例1及2)對比地表示上述的靈敏度計算的結(jié)果的圖示。從該圖可以看出，在采用本實施方式的最佳設(shè)計值而使光電二極管13和微型透鏡19的位置關(guān)系最佳化的圖像傳感器10的情況下，不管像高如何光靈敏度幾乎保持恒定，為優(yōu)選的結(jié)果。
另外，在以往例1時，像高為“3～5”mm附近的光靈敏度幾乎沒有。此外，在以往例2時，在像高為“4.5”mm附近，光靈敏度也大約變?yōu)?/2。
如上所述，根據(jù)本實施方式，能夠使圖像區(qū)域的周邊部和中心部的中間的區(qū)域上的光電二極管和微型透鏡的位置最佳化。其結(jié)果，通過圖像區(qū)域內(nèi)的任一個光電二極管，都能效率地受光。因此，在使用主光線從最終面的射出角以從光軸到某像高增加、如果超過該像高就減小的方式變化的相機透鏡時，也能夠取得不管像高如何都大致一定的感光靈敏度，在圖像區(qū)域的整個區(qū)域上，都能夠進行適當?shù)暮诎咝拚?br> 圖10A和圖10B是表示根據(jù)本發(fā)明的第2實施方式的，相機透鏡的透鏡特性和作為拍攝光學系統(tǒng)采用該相機透鏡時的光電二極管和微型透鏡的排列間距的關(guān)系的圖示。另外，此處，作為相機透鏡，說明具有主光線入射角隨著像高非線性地增加(斜率恒為“正”)的透鏡特性的相機透鏡。
如圖10A所示，該第2實施方式的相機透鏡，在具有主光線入射角對應(yīng)于像高只非線性地增加的透鏡特性、斜率不會變成為“負”的這一點上，與第1實施方式時(例如，參照圖3)不同。
另外，光電二極管的排列間距，例如如圖10B所示，無論像高為多少，總是為3.3μm。但是，微型透鏡的排列間距，在各像高中為不同的值，例如在像高為“0”mm時，大約是3.28μm，是比光電二極管的排列間距小的值。此外，在像高為“10”mm時，大約是3.29μm，是接近光電二極管的排列間距的值，但比其稍小。
在該第2實施方式中，通過也與相機透鏡的特性(主光線入射角-像高)一致地，在圖像區(qū)域內(nèi)改變微型透鏡的排列間距，而能夠與上述第1實施方式時同樣地，對于使用主光線從最終面的射出角以從光軸到某像高為止時緩慢增加的方式變化的相機透鏡，也能夠取得不管像高如何都大致一定的感光靈敏度，在整個圖像區(qū)域上，都能夠進行適當?shù)暮诎咝拚＜?，由于無論通過圖像區(qū)域的哪個光電二極管，都能夠有效率地受光，所以具有提高圖像區(qū)域內(nèi)的各像素的靈敏度，改善黑斑特性的效果。
另外，在上述第1、第2實施方式中，都說明了以將光電二極管的排列間距設(shè)定為一定，改變微型透鏡的排列間距的方式構(gòu)成時的情況。但也不局限于此，例如如圖11所示，在以將微型透鏡19的排列間距設(shè)定為一定，改變光電二極管13的排列間距的方式構(gòu)成時，也能夠得到同樣的效果(L12＝L23＝L34＝L45，并且，P12＝P45＞L12＝L23＝L34＝L45＞P23＝P34)。
此外，例如如圖12所示，也能夠以改變微型透鏡和光電二極管兩者的排列間距的方式構(gòu)成(L12＝L45＞L23＝L34、P12＝P45＞P23＝P34，并且，L12＝L45＝P12＝P45＞L23＝L34＝P23＝P34)。
此外，不局限于面?zhèn)鞲衅?，在用于線性傳感器的時候，也能夠改善黑斑特性。
此外，雖然局限于聚光來自相機透鏡的光的微型透鏡地進行了說明，但在是所謂的層內(nèi)透鏡時也能夠達到同樣的效果。另外，當然在采用微型透鏡和層內(nèi)透鏡的兩者時也是有效的。
此外，各實施方式也能夠適用于CCD型的圖像傳感器，但是如果用于CMOS型的圖像傳感器，效果更大。因為，由于與CCD型的圖像傳感器相比，在CMOS型的圖像傳感器中，光電二極管和微型透鏡的距離比較大。
對于該行業(yè)的技術(shù)人員，容易進行附加的改進和變更。因此，本發(fā)明不局限于所述的特征內(nèi)容和具體的實施例。所以能夠在不脫離由技術(shù)方案及其等同部分確定的本發(fā)明的精神或概念的范圍內(nèi)，進行多種變更。
權(quán)利要求
1.一種固體拍攝裝置，具備多個受光部，其二維地配置在半導體襯底上，其中入射來自拍攝光學系統(tǒng)的出射光；和多個聚光用透鏡，其分別配置在所述多個受光部的上部，其特征在于，所述多個聚光用透鏡或所述多個受光部中的至少任何一方，在所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域間距小，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域間距大。
2.如權(quán)利要求1所述的固體拍攝裝置，按相同的間距配置有所述多個受光部，所述多個聚光用透鏡，在所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域間距小，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域間距大。
3.如權(quán)利要求2所述的固體拍攝裝置，所述多個聚光用透鏡，在所述射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域，間距小于所述多個受光部的間距，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域，間距大于所述多個受光部的間距。
4.如權(quán)利要求3所述的固體拍攝裝置，所述多個聚光用透鏡，分別根據(jù)下述偏移量進行配置，上述偏移量采用從所述拍攝光學系統(tǒng)射出的光的角度的像高依存性計算，是來自所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光入射到聚光用透鏡的位置和入射到受光部的位置的偏移量。
5.如權(quán)利要求1所述的固體拍攝裝置，按相同的間距配置有所述多個聚光用透鏡，所述多個受光部，在所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域間距小，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域間距大。
6.如權(quán)利要求5所述的固體拍攝裝置，所述多個受光部，在所述射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域間距小于所述多個聚光用透鏡的間距，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域間距大于所述多個聚光用透鏡的間距。
7.如權(quán)利要求6所述的固體拍攝裝置，所述多個受光部，分別根據(jù)下述偏移量進行配置，上述偏移量采用從所述拍攝光學系統(tǒng)射出的光的角度的像高依存性計算，是來自所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光入射到聚光用透鏡的位置和入射到受光部的位置的偏移量。
8.如權(quán)利要求1所述的固體拍攝裝置，所述拍攝光學系統(tǒng)，具有隨著像高增大，主光線入射角暫時增加，然后主光線入射角減小這樣的偏離近軸光線近似的透鏡特性。
9.一種相機裝置，具備固體拍攝裝置，其具有二維地配置在半導體襯底上的多個受光部，及分別配置在所述多個受光部的上部的多個聚光用透鏡；和拍攝光學系統(tǒng)，其分別通過所述多個聚光用透鏡，射出入射到所述多個受光部的光，其特征在于，所述多個聚光用透鏡或所述多個受光部中的至少任何一方，在所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域間距小，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域間距大。
10.如權(quán)利要求9所述的固體拍攝裝置，按相同的間距配置有所述多個受光部，所述多個聚光用透鏡，在所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域間距小，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域間距大。
11.如權(quán)利要求10所述的固體拍攝裝置，所述多個聚光用透鏡，在所述射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域，間距小于所述多個受光部的間距，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域，間距大于所述多個受光部的間距。
12.如權(quán)利要求11所述的固體拍攝裝置，所述多個聚光用透鏡，分別根據(jù)下述偏移量進行配置，上述偏移量采用從所述拍攝光學系統(tǒng)射出的光的角度的像高依存性計算，是來自所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光入射到聚光用透鏡的位置和入射到受光部的位置的偏移量。
13.如權(quán)利要求9所述的固體拍攝裝置，按相同的間距配置有所述多個聚光用透鏡，所述多個受光部，在所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域間距小，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域間距大。
14.如權(quán)利要求13所述的固體拍攝裝置，所述多個受光部，在所述射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域，間距小于所述多個聚光用透鏡的間距，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域，間距大于所述多個聚光用透鏡的間距。
15.如權(quán)利要求14所述的固體拍攝裝置，所述多個受光部，分別根據(jù)下述偏移量進行配置，上述偏移量采用從所述拍攝光學系統(tǒng)射出的光的角度的像高依存性計算，是來自所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光入射到聚光用透鏡的位置和入射到受光部的位置的偏移量。
16.如權(quán)利要求9所述的固體拍攝裝置，所述拍攝光學系統(tǒng)，具有隨著像高增大，主光線入射角暫時增加，然后主光線入射角減小這樣的偏離近軸光線近似的透鏡特性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固體拍攝裝置，具備多個受光部，二維地配置在半導體襯底上，其中入射來自拍攝光學系統(tǒng)的出射光；和多個聚光用透鏡，分別配置在所述多個受光部的上部。所述多個聚光用透鏡或所述多個受光部中的至少任何一方，在所述拍攝光學系統(tǒng)的射出光瞳位置的絕對值大的區(qū)域間距小，在所述射出光瞳位置的絕對值小的區(qū)域間距大。
文檔編號H01L27/14GK1825907SQ20061000805
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月23日
發(fā)明者田中長孝, 中林正登喜, 中村健一 申請人:株式會社東芝